Научная
деятельность
Университет ИТМО

Новая технология позволяет проводить безопасную МРТ-диагностику людям с имплантатами

Международная группа ученых разработала устройство для улучшения работы магнитно-резонансных томографов. Технология основана на локальном перераспределении магнитного поля в пространстве при помощи метаповерхности из металлических резонаторов. Эксперименты показали, что метаповерхность позволяет уменьшить мощность томографа, необходимую для получения качественных снимков. Использование томографов с небольшой мощностью позволяет сделать МРТ-диагностику безопасной для людей с медицинскими имплантатами. Результаты опубликованы в последнем выпуске Journal of Magnetic Resonance.

Магнитно-резонансная томография, или МРТ, сегодня применяется для диагностики множества заболеваний ─ от артрита до рака. Точность диагностики напрямую зависит от качества изображения. Чтобы его повысить, нужно увеличивать время сканирования и напряженность поля томографов. Это требует больших затрат и снижает комфорт исследования. Люди с медицинскими имплантатами не могут проходить обследование на томографах с высокой напряженностью поля из-за опасности нагрева тканей в области имплантата и сбоев в его работе.

Ученые из Университета ИТМО совместно с коллегами из Нидерландов и Великобритании смогли решить эту проблему при помощи устройства на основе метаповерхности. Метаповерхность в  данном случае представляет собой упорядоченную структуру из металлических резонаторов, размещенных в непроводящей среде. Эта структура способна перераспределить электромагнитное поле внутри томографа и сконцентрировать его вокруг себя. Если поместить ее под исследуемую часть тела, прием и передача локального сигнала улучшатся, а изображение станет качественнее.

Прототип устройства для улучшения работы магнитно-резонансных томографов
Прототип устройства для улучшения работы магнитно-резонансных томографов

«Обычно при МРТ обследовании все тело пациента облучают электромагнитным полем определенной мощности. Это ведет к тому, что во время сканирования значительный уровень поля создается в области конечностей, которые находятся максимально близко к катушке источнику. В них может возникнуть нежелательный нагрев тканей, а это опасно для пациента, ‒ рассказывает Алена Щелокова, аспирантка кафедры нанофотоники и метаматериалов, ведущий автор статьи.  Наши эксперименты показали, что использование метаповерхности позволяет увеличить эффективность катушки источника более чем в 3 раза. Это значит, что мы можем существенно снизить подаваемую мощность, но при этом обеспечить высокое качество изображения. Небольшая мощность позволяет сделать процедуру абсолютно безопасной для людей с имплантатами».

Первую метаповерхность для усовершенствования МРТ исследователи представили в начале 2016 года. Конструкция была громоздкой, а исследуемый объект необходимо было полностью помещать в воду. Сейчас исследователи смогли избавиться от этих недостатков.

«Первый прототип мы сделали сами: собрали в лаборатории Университета ИТМО, а потом протестировали в областной больнице, используя тестовые образцы, имитирующие человеческое тело,  продолжает Алена. – Когда мы начали сотрудничать с медицинской компанией Mediwise, появился улучшенный прототип. Его мы использовали при работе с волонтерами в медицинском центре города Лейден ‒ одном из лучших медицинских центров Нидерландов. Сейчас мы стараемся вывести разработку на российский рынок: сотрудничаем с врачами, оптимизируем дизайн, ищем инвесторов».

Алексей Слобожанюк и Алёна Щелокова
Алексей Слобожанюк и Алёна Щелокова

«Процесс вывода научной разработки на рынок является критически важным переходом от фундаментальных исследований до продукта, который может улучшить жизнь людей, ‒ комментирует Алексей Слобожанюк, научный сотрудник Университета ИТМО. ‒ Наша команда разработала уже несколько устройств для усовершенствования МРТ на основе новых искусственных материалов. Мы продолжаем работать над этим и сейчас. За 2-3 года комплекс таких устройств может улучшить работу значительного числа томографов в российских больницах и повысить общий уровень диагностики в нашей стране».     

Статья: Experimental investigation of a metasurface resonator for in vivo imaging at 1.5 T. A. Shchelokova, A. Slobozhanyuk et al.
Journal of Magnetic Resonance.  Nov. 22, 2017.